荷载损伤后混凝土劣化机理和试验研究

为了解决沿海地区正常使用工作状态下承受较大持续荷载钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）梁的力学性能劣化问题,通过实验室模拟经历180 d大气环境+180 d海水喷淋干湿循环（简称Ⅰ腐蚀）或180 d海水喷淋干湿循环+180 d大气环境（简称Ⅱ腐蚀）后,由静力加载试验测试RC梁试件力学性能劣化规律.试验结果,RC梁试件在不同持续荷载和一定腐蚀环境共同作用下,随着持续荷载增大其屈服荷载P_y、极限荷载P_m和延性系数u降幅变大.Ⅱ腐蚀梁试件的P_y、P_m和u降幅大于Ⅰ腐蚀梁试件的P_y、P_m和u降幅.梁试件的抗弯刚度随着持续荷载增大而降低.试验结果表明较大持续荷载与一定腐蚀环境共同作用对RC梁力学性能劣化影响明显.

     

环境和荷载对RC柱滞回性能和氯质量分数的影响

为研究不同持续荷载比例（持续偏压荷载占极限偏压荷载的比例）和不同环境对RC（reinforced concrete）柱的滞回性能和氯质量分数影响,试验室模拟了沿海地区RC结构的工作条件. 持续荷载比例分别为0、0.2和0.35的RC柱试件, 经历100次海水干湿循环或置于大气环境100 d后,进行低周水平反复加载试验并测试受拉区混凝土的氯离子质量分数. 结果表明,持续偏压荷载使海水干湿循环柱和大气环境柱的滞回曲线均呈现明显的不对称性,且前者的不对称性甚于后者. 当水平荷载产生的截面应力分布与持续偏压荷载的同向且持续荷载比例为0.35时,海水干湿循环柱的峰值荷载和耗能能力分别是大气环境柱的0.89和0.57倍;反之,前者分别是后者的1.04和1.08倍. 持续偏压荷载耦合海水干湿循环作用后,距受拉表面20 mm和40 mm深处,受拉混凝土的氯离子质量分数均是持续偏压荷载单独作用（即大气环境柱）的3倍以上. 可见,持续偏压荷载耦合海水干湿循环作用加速了氯离子的渗透和滞回性能的劣化.     

近海大气环境下低矮RC剪力墙抗震性能试验

为了解近海大气环境下低矮RC剪力墙的抗震性能,采用人工气候实验室对6片剪跨比1.0的低矮RC剪力墙试件进行模拟近海大气环境腐蚀试验,进而对其进行拟静力试验,得到不同轴压比和不同锈胀裂缝宽度下腐蚀试件的滞回曲线,绘制出各个试件的骨架曲线,分析轴压比和锈胀裂缝宽度对腐蚀试件强度、刚度、延性、耗能能力等抗震性能指标的影响.结果表明:随轴压比增加,腐蚀试件的承载力和刚度不断提高,而延性和变形恢复能力却降低,表明在近海大气环境下对低矮RC剪力墙进行抗震设计时需要严格控制其轴压比;随锈胀裂缝宽度的增加,试件的开裂荷载和峰值荷载不断降低,刚度、延性和耗能能力均变差,当遭受腐蚀较为严重时,脆性破坏更为显著,说明在近海大气环境下低矮RC剪力墙内部钢筋锈蚀越来越严重,抗震性能越来越差.     

硫酸盐和氯盐侵蚀的混凝土梁抗弯性能

为了研究混凝土结构在双重侵蚀环境中的退化规律,采用内掺5%NaCl浸泡于15%Na2SO4溶液中,湿2d、干3d的干湿循环加速腐蚀方法,研究了不同腐蚀损伤度和锈蚀率时试验梁的破坏形态、开裂情况、抗弯承载力的退化机理,并对不同腐蚀程度下试验梁的荷载-挠度曲线、挠度变形、腐蚀损伤度和锈蚀率对开裂荷载、极限荷载和延性的影响进行了分析.结果表明：早期侵蚀产物的生成密实了混凝土内部结构,随着腐蚀的加深,混凝土和钢筋的力学性能均下降,因此造成试验梁的开裂荷载、极限荷载、延性和截面刚度都经历了先增后降的过程,但是相对于开裂荷载,极限荷载的下降要晚些.根据试验结果建立了与腐蚀损伤度和锈蚀率相关的开裂荷载、极限荷载和延性比退化规律的计算模型.     

盐渍土环境下聚丙烯纤维混凝土柱抗震性能

为了研究盐渍土环境耦合荷载下聚丙烯纤维锂渣混凝土(PLiC)柱的抗震性能,以侵蚀天数、轴压比、耦合应力比为主要变量,设计并制作8根PLiC柱试件和3根钢筋混凝土(RC)柱试件.采用8.3%(质量分数)NaCl+10%(质量分数)Na₂SO₄的溶液,浸泡施加持续荷载后的试件.在浸泡侵蚀完成后,分别对11根试件进行低周往复循环荷载试验,分析各试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性及刚度退化等,明确PLiC柱和RC柱在不同变量下延性及耗能能力的变化规律.结果表明,PLiC柱的耐盐渍土侵蚀性能优于RC柱.随着侵蚀时间的增加,PLiC柱和RC柱耗能能力均出现先下降后上升的趋势,延性均持续下降,PLiC柱的下降幅值小于RC柱.当轴压比从0.2增加至0.3时,PLiC柱在相同加载位移时的总耗能增大.随着耦合应力比的增大,试件的耗能、刚度退化均呈现下降的趋势.     

持续荷载与氯盐作用下钢筋混凝土梁力学性能试验

针对已有的研究以小尺度的试块实验而未能反映实际混凝土结构在荷载与氯盐耦合作用效应,自行设计大尺度钢筋混凝土梁的持续荷载施加装置,采用“电渗-恒电流-干湿循环”的方法对钢筋混凝土梁进行持续荷载作用下的加速锈蚀实验,并对试验后的混凝土梁的力学性能进行研究;同时,采用RCT方法研究试验梁混凝土保护层厚度范围内的氯离子分布规律,采用半电池电位法及称重法相结合来评价试验梁内纵向受拉钢筋锈蚀程度.结果表明:氯盐与持续荷载耦合作用下,随着持续荷载水平的提高,保护层厚度范围内的氯离子质量分数会增大,会在钢筋附近出现聚集现象;同时,也使纵向钢筋的锈蚀率增大,钢筋截面的锈蚀不均匀程度明显;导致混凝土梁的极限荷载减小,延性降低,截面曲率延性增高.     

污水-干湿循环耦合作用下钢纤维混凝土腐蚀性能试验研究

通过钢纤维混凝土在生活污水-干湿循环和工业废水-干湿循环耦合作用下的试验,研究了钢纤维混凝土耐污水腐蚀性能,并以抗压强度、抗折强度、抗压腐蚀系数、抗折腐蚀系数表述分析试验成果.结果表明:提高腐蚀液浓度、缩小试件尺寸和干湿循环可以有效提高耐久性试验效率;污水-干湿循环对钢纤维混凝土的腐蚀程度与试验龄期呈非线性关系;钢纤维体积分数越大,其抗污水-干湿循环腐蚀性能越好;工业废水-干湿循环对钢纤维混凝土试件的腐蚀程度强于生活污水-干湿循环;抗压腐蚀系数和抗折腐蚀系数能够更加精确地表述耐久性试验结果.     

氯离子侵蚀和碳化作用下的钢筋混凝土梁承载力试验

为研究大气盐雾环境中C l-和CO2作用下受弯钢筋混凝土梁的耐久性,设计制作了一组普通钢筋混凝土梁试件,结合加速腐蚀,对这组梁的裂缝、挠度和承载能力作了分析。结果表明：氯离子和CO2共同腐蚀持续荷载作用下,随着碳化的深入、时间的增长,梁腐蚀速度加快,裂缝急剧增长;梁的挠度随钢筋锈蚀发展而增加,在锈蚀的早期挠度增长较大,随着锈蚀的发展,挠度增长趋于平稳;梁的劣化随荷载的增加,劣化速度加快。     

中性盐雾腐蚀钢板的滞回性能试验

为研究中性盐雾环境下不同腐蚀程度钢板的滞回性能变化规律,通过人工喷洒盐雾加速腐蚀方法,获得了不同腐蚀程度下钢板试件;然后对每组试件进行循环加载试验并得到滞回曲线,分析其滞回性能;同时采用Ramberg-Osgood模型拟合钢材的循环骨架曲线,并分析其系数变化规律;最后基于首次加载准则,卸载准则,循环骨架准则,再加载曲线准则等建立了钢材滞回本构模型.试验结果表明:在循环荷载作用下,钢材出现循环硬化、峰值点指向效应等现象;应用Ramberg-Osgood模型拟合效果较好;随着腐蚀程度增加,钢材各力学性能指标均出现下降,延性劣化加重,且钢材循环强化系数呈现减小的趋势,而循环强化指数变化规律不明显;模型与试验结果吻合较好.     

持续荷载与锈蚀作用下RC梁力学性能试验研究

采用更符合实际环境的干湿循环条件下通电加速锈蚀的方法,对不同持续荷载以及加卸载作用下的钢筋混凝土梁进行比较试验,研究钢筋混凝土梁在持续荷载和锈蚀耦合作用下的力学性能。试验结果表明:持续荷载与锈蚀共同作用下,荷载的大小与纵向钢筋锈蚀程度成正相关;钢筋混凝土简支梁的极限承载力随着持续荷载的增加而降低;同时,持续荷载水平越大,梁刚度下降速度愈快。     

海水环境下再生混凝土的腐蚀研究

为了研究不同再生骨料替代率ρr、荷载对再生混凝土腐蚀损伤的影响,利用强度等级为C25的废弃普通混凝土构件制备再生骨料,并分别以ρr=0%、ρr=30%和ρr=50%的再生骨料替代率来配置再生混凝土.采用人工海水侵蚀溶液对弯曲应力作用下的再生混凝土试件进行0、10、20、30、40、50次干湿交替循环腐蚀试验,以研究人工...     

已腐蚀钢筋混凝土梁的疲劳特性

为了预测在役混凝土梁的剩余寿命及选择合适的加固方法,在总结近年来国内外有关腐蚀混凝土梁疲劳特性研究成果的基础上,分析了影响腐蚀梁疲劳寿命的主要因素.研究表明,环境越恶劣,混凝土梁疲劳寿命越小;即使钢筋轻微腐蚀,梁的疲劳寿命下降也很明显;采用FRP加固已腐蚀梁是提高其疲劳寿命的有效方法.     

考虑近海环境劣化作用的钢框架节点抗震性能试验研究

采用室内加速锈蚀试验模拟近海大气环境对钢框架材性试件与节点试件力学性能的劣化作用.得到节点试件梁柱翼缘与腹板钢材锈蚀率随近海环境作用时间的相关关系,对材性试件进行拉伸破坏试验,统计回归得到屈服强度、极限强度、伸长率与弹性模量4个钢材材性性能指标随锈蚀率的衰变关系.对4个不同锈蚀程度的钢框架节点试件进行变幅加载试验,考察其破坏形态与特征,分析锈蚀对构件滞回性能、骨架曲线与刚度的影响,得到节点构件耗能能力、累积塑性变形能力、刚度等性能指标随锈蚀率的衰变规律.结果表明：近海大气环境作用使得钢框架节点构件产生初始损伤,致使节点构件梁端在位移低周加载下越早发生断裂,延性降低.     

考虑多因素作用下的RC梁抗力时空退化模型

为研究钢筋混凝土结构锈蚀后的力学性能和抗力退化规律,基于RC梁加速锈蚀试验结果,首先综合考虑均匀锈蚀和点蚀同时发生的影响,对钢筋截面面积的时变模型进行分析,其次探讨裂缝宽度与氯离子扩散系数及RC梁抗力的关系,随后考虑受拉主筋锈蚀不均衡的影响,对结构抗力计算模型进行讨论,最后基于材料性能和结构尺寸的空间变异性,建立RC梁抗力时空退化模型,并对桥梁服役100 a后的抗力进行预测.研究发现:当考虑各参数的空间变异性时,不考虑裂缝影响得到的抗力值比考虑裂缝影响得到的抗力值高了9.91%;考虑各参数空间变异性时的抗力值比不考虑时下降了14.68%;适当的选取波动系数和单元尺寸对考虑结构各参数的空间变异性十分重要;潮汐区和浪溅区环境下结构的剩余抗力分别为初始抗力的43.23%和36.45%,较海岸线大气区环境下的抗力值分别下降了6.73%和21.35%,因此在结构服役期间,应尽量做好防腐措施,减少氯离子侵蚀对结构耐久性的破坏.     

酸雨腐蚀对混凝土材料断裂特性的影响

为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验,并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况,同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下,混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长,裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤,混凝土材料松弛并产生微裂隙,这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比,腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化;在不同pH值的模拟酸雨环境中,试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势;随着腐蚀程度的增加,起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小;溶液pH值越低,断裂韧度的增长周期越短,最终的损失也越大。H⁺和SO₄^2-使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化,直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。     

近海环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构模型

采用人工气候环境模拟技术模拟近海环境,对36组约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,开展轴压试验,研究箍筋锈蚀对约束混凝土峰值应力、峰值应变和应力-应变曲线形状的影响. 通过对试验结果的回归分析,得到考虑箍筋锈蚀率影响的混凝土峰值应力和应变修正系数拟合公式,以形状系数作为应力-应变曲线形状参数,基于Mander模型确定考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数的计算公式,建立近海环境下的锈蚀箍筋约束混凝土本构模型. 与试验结果对比发现：采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明建立的本构模型能够较准确地反映锈蚀箍筋约束混凝土力学性能,可以用于该环境下的锈蚀RC结构剩余承载力及抗震性能评估.     

碳纤维布加固损伤混凝土梁的疲劳性能试验

完成了粘贴碳纤维布加固在役损伤混凝土梁的疲劳试验。试验结果表明：损伤混凝土梁粘贴碳纤维布加固后的疲劳寿命可提高45％～60％，疲劳变形减少了25％～35％，梁的疲劳抗裂性能得到较大提高。因此，粘贴碳纤维布可以较大提高损伤混凝土梁的疲劳性能，延长损伤混凝土结构的使用寿命，为碳纤维布加固混凝土结构的长期疲劳性能研究提供了试验依据。